【本期导读】 脑科学时代正在走来 银杏如何可以活千年？ 塑化剂如何影响生殖功能？ 如何打赢冬季心脏保卫战？ 开展“人类屏幕组计划” 生活中的小窍门儿 2019年，海洋温度创历史新高 全球海洋氧气含量正迅速下降   脑科学时代正在走来 心随所想。天津大学医学部的白色小楼中，墙上的大屏幕显示着“欢迎来到医学部，你们是今天上午第五拨参观者。”佩戴着电极帽的志愿者静默无声，墙上的字是他的心声。这段文字同样可以发送给千里之外的接受者。 随心所动。在手臂上贴上几个电极片，心里默念“出拳”，手臂不自觉地真的打出一拳。这项技术成为瘫痪病人的福音。 新年伊始，在天津大学医学部，一场“黑科技”展悄然举行。这种“黑科技”捕捉人脑发出的脑电信息，经过解读、处理，转变为控制机器的信号。这个展览就是国家重点研发计划“智能机器人”重点专项“生-机智能交互与生机电一体化机器人技术”样机展示会。 瘫痪者的福音 5年前，当自己的左腿在意念的控制下终于“踢”出去的时候，77岁的脑中风患者郑桂荣惊喜地发现，自己“瘫”了8个月的腿，竟然又“听使唤”了：“心思一动，腿就可以开始抬起来了。” 在天津医院康复科的治疗室里，47岁的患者王杨佩戴好脑-机接口设备后，根据电脑提示，进行手腕功能康复训练。经过3个多月的治疗，他已经能自行进行腕关节旋转、踝关节背曲等。 全球首款脑机接口专用芯片“脑语者”研发团队领导者、天津大学医学工程与转化医学研究院院长明东介绍：“大脑是宇宙中最复杂的系统之一，不但有极为复杂的神经网络结构，还有千变万化的动态信息。每说一句话，大脑里都可能有上亿个神经细胞在不断发放电脉冲。一台高速运转的电脑正在将大脑的信号接收下来、解读出来。利用脑-机接口技术实现的医疗康复，正在改变人们的生活。” 2014年天津大学研制成功首台适用于全肢体中风康复的人工神经机器人系统——“神工一号”。融合了运动想象脑-机接口技术和物理训练康复疗法，该系统在中风患者体外仿生构筑了一条人工神经通路，经过模拟解码患者的运动康复意念信息，进而驱动多级神经肌肉电刺激技术，产生对应动作。随着“神工二号”、“神工三号”相继研发成功，目前，“神工”已经在天津、山东多地三甲医院进行临床试验，为数千名患者带来新的治疗手段。 意念的交流 2016年，天宫二号和神舟十一号载人飞行中，两位航天员完成了一项颇具科幻色彩的前瞻性实验：人类历史上首次太空脑—机交互，实现了静默的交流。这套实验系统研制正是由明东团队与中国航天员中心合作完成。 这是国际上首次在轨进行脑-机交互技术空间适应性测试。该系统通过大量地基实验深入揭示失重、噪声、情绪等对脑电影响，实现了高识别度、高稳定性、适于空间环境的脑-机接口自适应分类技术；建立了针对航天特征的实验策略和训练方法，大幅提高系统识别正确率，为有效开展天地差异对比建立稳定基线。人机融合将是未来航天医学与人因工程发展的必然趋势，脑-机接口为航天员等特殊人群提供肢体约束环境下的“第三只手”和神经功能层面融合的自适应自动化人机协作，帮助他们完成更多更复杂的工作任务。该系统的建立和成功测试将为未来深入开展先进交互技术在轨适应性研究和技术应用起到重要推动作用，为我国载人航天工程的新一代医学与人因保障系统提供了关键科学依据与技术支撑。 世界各国都加大了对脑-机接口技术的研究，从军事航天到生活娱乐，脑-机接口技术应用前景广阔。脑科学时代正在走来。（科技日报）   银杏如何可以活千年？ 与自然界中旺盛生长几百年甚至几千年的某些树木相比，动物的长寿不算什么。但人们此前对树木，例如银杏的长寿机制却一直不清楚。 近日，美国《国家科学院院刊》在线发表了中外科学家团队截止目前最为全面的树木长寿机制研究成果。他们选用银杏树干维管形成层为主要研究材料，综合运用细胞学、生理学、多组学和分子生物学等手段，揭示了银杏古树长寿的内在机制。 论文作者、扬州大学教授王莉告诉《中国科学报》，树木生长主要来源于顶端分生组织和侧向维管形成层的分裂分化，但树木生长到一定年龄以后就不再升高，因而无法反映年龄的变化。树木主干维管形成层每年都能分裂分化出新的韧皮部和木质部，维系着树体的生长，是研究古树长寿机制的理想材料。 该研究通过年轮测定技术结合DBHs的分析，确定了34株银杏树的真实树龄，其树龄分布在15年—1353年，并将其中不同树龄的树木分为三组进行比较研究。结果发现，与成年树相比，古树组（193年-667年）形成层细胞层数变少，新产生的年轮宽度变窄，生长素（IAA） 含量下降，脱落酸（ABA）含量上升，细胞分裂分化相关基因表达下降，表明古树中维管组织生长变缓。然而古树树干的横截面积增加量（BAI）仍处于高水平，显示银杏古树形成层干细胞仍具有较强的持续不断的分裂能力。 该研究进一步测定了古树叶片光合指标、种子繁殖能力、衰老相关的标记基因、miRNA及靶基因、自噬基因等，均未发现有显著变化。此外，研究人员还在银杏叶片衰老过程以及更多年龄段的其他银杏植株中，进行了相关基因的验证。这些形态、生理和分子水平上的结果揭示，银杏古树在整体上仍处在健康的成年状态，依旧保持“青春活力”，尚未进入衰老阶段。“银杏古树维管形成层细胞的持续分裂能力，在避免衰老过程中发挥了重要作用。”王莉说。 论文作者、北京林业大学教授林金星介绍，树木最终大多因为环境胁迫或病害而导致衰老和死亡。为了了解树木是否随着年龄的增长而更容易受到这种压力的影响，他们检查了与病原体抗性和保护性物质产生有关的基因。结果，他们在银杏古树维管形成层细胞中鉴定到62个FLS2、EFR的成员和457个R基因，尤其是R基因的数量远远多于其他物种。此外，木质素单体、类黄酮和芪类化合物代谢通路的基因数量和表达在古树组中也没有下降。 论文作者、美国北得克萨斯大学丹顿分校教授Richard Dixon说，这是一种“惊人的”能力，可以帮助银杏健康生长数千年。银杏古树可能通过持续合成木质素等物质，增加树干的密度和强度，以支撑不断增粗的树体，同时通过大量R基因的持续表达，以及积累具有特殊保护功能的代谢物来提高树体抗性，抵抗各种生物和非生物胁迫，从而大大延长了树体的寿命。 综上所述，科学家认为，银杏古树长寿并非某单一的长寿基因调控，而是生长与衰老过程中多个因素综合平衡的结果。该研究成果对揭示树木在个体水平上的生长与衰老调控机制具有重要科学意义。（中国科学报）   塑化剂如何影响生殖功能？ 美国研究人员9日在《公共科学图书馆·遗传学》杂志上发表研究报告称，一种常用的塑化剂——邻苯二甲酸二异辛酯（DEHP）会在线虫生殖过程中引起过多的DNA断裂，并干扰修复系统的运作，从而导致卵子形成和胚胎早期发育的缺陷。这一新机制的发现对于理解DEHP对人类生殖健康的影响具有重要意义。 DEHP是目前使用范围最广的一种塑化剂，每年全球总产量高达400万吨，人们会通过玩具，服装、食品包装、医疗器械、个人护理用品等各种产品接触到它。有大量研究表明，暴露于DEHP会导致男女各种生育问题，但到目前为止，科学家还无法确认该化学物质是如何发挥其有害作用的。 此次，美国哈佛大学医学院和纽约州卫生署的研究人员对DEHP暴露对秀丽隐杆线虫生殖功能的影响进行了研究。他们发现，DEHP会在线虫细胞减数分裂过程中造成过多的双链DNA断裂，并干扰修复系统的运作，使这些断裂无法得到适当的修复，最终会影响染色体形态，导致卵子中染色体数目不正确，胚胎存活能力下降。 分析显示，这些线虫仅处于低水平的DEHP暴露和代谢（与普通人群尿液样本中检测到的DEHP水平相当）就会受到影响。这表明，即使是少量的DEHP也能破坏细胞的减数分裂。 秀丽隐杆线虫是研究人类遗传学和生物学的常见模式生物，其模型很有借鉴意义。研究人员表示，他们的新研究提供了有关环境中DEHP水平如何损害动物生殖系统的新见解，对于进一步理解DEHP是如何影响人类生殖健康的具有重要意义。这一研究也提醒人们，要重视DEHP污染问题，必须要减少DEHP的使用或寻找更安全的替代品，以最大程度地降低人体暴露于这种化学物质的风险。（科技日报）   如何打赢冬季心脏保卫战？ 我国出台的《健康中国行动（2019-2030年）》显示，我国现有高血压患者2.7亿人，18岁及以上居民高血压患病率为25.2%，并呈现上升趋势。目前高血压已成为我国心血管病的头号危险因素，并上升为全球疾病死亡的重要原因之一。冬季是冠心病的高发季节，特别是在气温骤降的时节，心血管科急诊室、病房里总是人满为患。而天气温度变化对高血压病人的影响常常被低估。 “人体的心血管系统对外界温度的变化很敏感，所以冠心病在冬季高发。”国家心血管病中心、中国医学科学院阜外医院心外科主任医师孙宏涛表示，寒冷会刺激冠状动脉，致其易痉挛收缩，若冠状动脉原有严重狭窄，则并发心肌梗死的可能性就增大。此外，寒冷会令人体的外周血管收缩，从而使血压上升，心脏负荷增大，增加了心肌缺血、心肌梗死的发生率。 值得注意的是，冬季北方地区昼夜温差大、室内外温差大，还有很多北方老人有去南方进行“候鸟式”迁徙避寒的习惯。孙宏涛说，由于人体温度调节系统处理突发情况能力有限，突发温度变异会带来人体相应变化，例如血胆固醇、心率和血小板黏度均增加，则机体免疫能力下降，因此一日内较大的温度变化可以导致心脏病发作。 “高血压患者在冬季要尤其注意定期服用降压药，避免血压波动，增加心肌耗氧量，导致心绞痛的发生。”孙宏涛建议，在气温骤降及季节更替时，高血压患者务必要加强血压的自我监测，密切关注血压值，警惕因外界温度变化所致的血压急剧变化。如果发生血压值急剧升高，要及时就医，在医生指导下调整用药方案，避免随意用药酿成危险。 此外，针对准备在冬季由寒冷地区到温暖地区居住、休闲旅游的中老年人，孙宏涛建议，应该在出发前全面接受体格检查，有心脑血管闭塞或重度狭窄者应遵从医生的指导。（新华社）   开展“人类屏幕组计划” 在英国《自然》杂志15日发表的一篇评论文章中，数名科学家建议开展“人类屏幕组计划”，因为关于数字生活对个人和社会的影响，我们所了解到的信息可能是不全面、不相关或被误解的。文中写道，针对数字生活的详细记录展开大规模分析，比单纯计算屏幕时间能带来更多见解。 过去10年里，有成千上万分析媒体影响的研究，其中绝大部分是根据“智能手类，分析人们在这些技术或平台上所花费的时间。但是此次，包括美国斯坦福大学百伦·里弗斯在内的多位科学家指出，目前人们可能接触到的内容范畴宽泛性、消费模式碎片化、信息食粮异质性、体验交互性以及设备移动机”“社交媒体”和“娱乐媒体”等几大化的程度均过高，不适合使用这种简化的归纳。此外，人们很容易少报或多报自己在某个媒体平台上所花费的时间，误差一般可达每天数小时。 为此，科学家呼吁协作开展“人类屏幕组计划”，对人们在屏幕上浏览的内容和各种操作以及浏览和操作发生的先后顺序展开分析。 评论作者解释道，现有技术“让研究人员可以非常详尽地记录人们的数字生活”。得益于数据共享标准的不断更新和其他领域不断积累的经验和工具——比如基因组学，在满足数据安全与个人隐私等各种预期和法规要求下，进行数据收集正变得越来越容易。 … Continue reading 七天科技博览（1月18日）